7 Relé indutor e capacitor - drb

EXPERIÊNCIA
CAPACITOR INDUTOR E RELÉ
OBJETIVOS:
- Observar experimentalmente o Relé eletromecânico;
- Aprender a identificar os contatos do Relé.
- Verificar experimentalmente o processo de carga e descarga de um
capacitor.
CONCEITOS TEORICOS ESSENCIAIS
Indutor ou Bobina
O indutor ou bobina é um dispositivo formado por um fio esmaltado enrolado em torno de um
núcleo.
O símbolo do indutor depende do material utilizado no núcleo, conforme as figuras a seguir.
Funcionamento
Ao passar uma corrente elétrica pelas espiras, cada uma delas cria ao seu redor um campo
magnético, cujo sentido é dado pela regra da mão direita. No interior do indutor, as linhas de
campo se somam, criando uma concentração de fluxo magnético.
Os núcleos de ferro e ferrite têm como objetivo reduzir a dispersão do campo, pois esses
materiais apresentam baixa resistência à passagem do fluxo magnético.
Pelo sentido das linhas de campo, o indutor fica polarizado magneticamente, isto é, cria um
pólo norte por onde sai o fluxo magnético e um pólo sul por onde entra o fluxo, comportandose como um imã artificial, denominado eletroímã.
Relé Eletromecânico
O relé eletromecânico, como o próprio nome diz, é um dispositivo formado por uma parte
elétrica e outra mecânica.
Funcionamento
A parte mecânica é formada por uma chave, cujo terminal móvel encontra desconectado do
terminal fixo.
A parte elétrica é formada por um eletroímã, isto é, uma bobina com núcleo de ferro que, uma
vez alimentada por uma tensão ou corrente, fica polarizada magneticamente, atraindo o
terminal móvel, fechando o contato.
Quando a alimentação da bobina deixa de existir, esta se desmagnetiza, fazendo com que o
terminal móvel retorne à sua posição de repouso.
No teste de identificação dos pinos do Relé para determinamos a bobina com o multímetro
serão os únicos terminais que possuem resistência elétrica, pois os terminais de contatos por
serem chaves apresentaram um curto ou aberto conforme a sua construção.
A grande vantagem do Relé é poder acionar um circuito elétrico de potência por meio de um
outro circuito elétrico, muitas vezes de menor potência, estando ambos isolados
eletricamente entre si, já que o acoplamento entre eles é apenas magnético.
Veremos a seguir algumas características importantes dos Relés comerciais:
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Tipos de Contatos
- Normalmente aberto (NA) ou Normal open (NO): o seu estado de repouso é aberto,
fechando quando a bobina é alimentada.
- Normalmente Fechado (NF) ou Normal close (NC): o seu estado de repouso é
fechado, abrindo quando a bobina é alimentada.
- Reversível: o seu estado de repouso é fechado com um dos dois pólos da chave,
comutando quando a bobina é alimentada.
Tempos de Fechamento e de Abertura dos Contatos
- Normal: os tempos de fechamento e de abertura são quase instantâneos, impostos
apenas pelas limitações elétricas e mecânicas do Relé.
- Retardo na Energização: o tempo de fechamento é controlado por um ajuste externo.
- Retardo na Desenergização: o tempo de abertura é controlado por um ajuste externo.
Condição de acionamento
- Normal o acionamento ocorre quando é satisfeita a sua condição de operação
(tensão, corrente ou potência).
- Subtensão O acionamento ocorre quando ele detecta uma variação de tensão abaixo
de um valor de referência preestabelecido.
- Sobretensão O acionamento ocorre quando ele detecta uma variação de tensão
acima de um valor de referência preestabelecido.
CAPACITOR
Capacitor é um componente, que tem como finalidade,
armazenar energia elétrica. É formado por duas placas
condutoras, também denominadas de armaduras, separadas por
um material isolante ou dielétrico, ligados a estas placas
Dielétrico
condutoras, estão os terminais para conexão nos circuitos com
outros componentes, conforme a figura ao lado.
Terminal
Capacitância (C) é a característica que o capacitor apresenta de
armazenar mais ou menos cargas elétricas por unidade de
tensão.
Q
C = Capacitância
C=
Portanto, podemos escrever a relação:
V
Q = Carga Elétrica
V = Tensão
Placa
Quando aplicamos uma tensão igual a 1 volt(V) e o capacitor armazena 1 Coulomb(C),
teremos então uma capacitância igual a 1 Farad (F). A unidade Farad é uma homenagem ao
cientista Michael Faraday (1791 1867).
Devido às dificuldades construtivas, os capacitores encontram-se situados em faixa de
valores submúltiplos do Farad como o micro Farad ( F), nano Farad (nF) e o pico Farad (pF).
1 F = 10-6F; 1nF = 10-9F; 1pF = 10-12F
Além do valor da capacitância, é preciso especificar o valor limite da tensão a ser aplicada
entre seus terminais. Esse valor é denominado tensão de isolação e varia conforme o tipo
de capacitor.
Na prática, encontramos vários tipos de capacitores, com aplicações especificas,
dependendo de aspectos construtivos, tais como, material utilizado como dielétrico tipo de
armaduras e encapsulamentos. Dentro dos diversos tipos, destacamos: Capacitores Plásticos
(poliéster), Capacitores Eletrolíticos de Alumínio, Capacitores Cerâmicos, Capacitores de
Tântalo.
Neste experimento vamos tratar exclusivamente dos capacitores eletrolíticos.
Capacitores Eletrolíticos consistem em uma folha de alumínio anodizada como armadura
positiva, onde por um processo eletrolítico, forma-se uma camada de óxido de alumínio que
serve como dielétrico, e um fluido condutor, o eletrolítico que impregnado em um papel
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poroso, é colocado em contato com outra folha de alumínio de maneira a formar a armadura
negativa. O conjunto é bobinado, sendo a folha de alumínio anodizada, ligado ao terminal
positivo e a outra ligada a uma caneca tubular, encapsulamento do conjunto, e ao terminal
negativo.
Associação de Capacitores
Associação em Série
Na associação série, os capacitores estão ligados de forma
que a carga Q armazenada em cada um deles seja a mesma,
e a tensão E total aplicada aos capacitores se subdivida entre
eles de forma inversamente proporcional aos seus valores.
Pela lei de Kirchhoff para as tensões, a soma das tensões nos
capacitores é igual à tensão total E aplicada: e =
V1+V2+...+Vn.
Vi
Q
Q
Q
Q
, tem-se: E=
+
+
Ci
C1
C2
CN
E
1
1
1
=
+
+
Q
C1
C2
CN
O termo E/Q corresponde ao inverso da capacitância equivalente vista pela fonte de
alimentação. Assim:
1
1
1
1
=
+
+
CEQ
C1
C2
CN
Isso significa que, se todos os capacitores dessa associação
forem substituídos por uma única capacitância de valor CEQ, a
fonte de alimentação E fornecerá a mesma carga Q ao circuito.
No caso de vários (n) capacitores iguais a C em série, tem se:
C .
CEQ=
n
Para dois capacitores em série, tem
CEQ=
C1 x C2 se:
C1 + C 2
Associação Paralela
Na associação paralela, os capacitores estão ligados
de forma que a tensão total E aplicada ao circuito seja
a mesma em todos capacitores, e a carga total do
circuito se subdivida entre eles proporcionalmente aos
seus valores.
De acordo com a lei de Kirchhoff para distribuição de
cargas, a soma das mesmas nos capacitores é igual à
carga total Q fornecida pela fonte Q = Q1+Q2+ ... Qn.
Substituindo as cargas dos capacitores dos capacitores por Qi=E x Ci, tem-se:
Q = C1 x E + C2 x E +...+ Cn x E
Q = E(C1+C2+....+Cn)
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Dividindo a carga Q pela tensão E, chega-se a:
Q
= C1+C2+...Cn
E
O resultado Q/E corresponde a capacitância equivalente CEQ da associação paralela, isto é,
a capacitância que a fonte de alimentação entende como sendo a sua carga. Assim:
CEQ = C1 + C2 + ... Cn
Isso significa que, se todos os capacitores dessa associação
forem substituídos por uma única capacitância de valor CEQ, a
fonte de alimentação E fornecerá a mesma carga Q ao circuito.
No caso de vários (n) capacitores iguais a C em paralelo, temse:
CEQ = n x C
Obs.: Podemos representar textualmente dois capacitores em paralelo por C1//C2
Associação Mista
A associação mista é formada por capacitores ligados em série e em paralelo, não existindo
uma equação geral para desenvolvimento do calculo da capacitância equivalente, assim o
calculo deve ser feito em etapas, conforme as ligações entre os capacitores.
Circuito RC de Temporização
Um circuito temporizador é aquele que executa uma ação após um intervalo de tempo
preestabelecido.
Agora vamos analisar o comportamento de um circuito formado por um resistor e um
capacitor ligados em série, no qual veremos a relação entre os níveis de tensão e um
intervalo de tempo definido pelos mesmos.
Constante de Tempo
Ligando um resistor em série com um capacitor é possível retardar o tempo de carga,
fazendo com que a tensão nos terminais do capacitor aumente gradativamente de acordo
com o valor da resistência ligada ao capacitor.
O produto entre resistência e capacitância denomina-se constante de tempo e é representado
pela letra grega (tau).
=RxC
Num circuito RC, quanto maior a constante de tempo, maior é o tempo necessário para que o
capacitor se carregue.
Agora iremos analisar o comportamento do capacitor no circuito de acordo com a constante
de tempo. Para isso deveremos ter que recorrer as leis básicas da eletricidade Kirchhoff e
Ohm.
Comportamento da Carga do Capacitor
Consideremos a figura ao lado de um circuito temporizador, com um
capacitor totalmente descarregado.
Agora vamos conhecer como o capacitor se comporta em corrente
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continua. Ao aplicarmos uma tensão contínua nos terminais de um capacitor através de um
resistor, esse se carrega com uma tensão, cujo valor depende do intervalo de tempo em que
desenvolverá o processo, a figura ao lado representa um circuito de carga de um capacitor.
Estando o capacitor inicialmente descarregado (VC = 0), em t = 0 fechamos a chave S1 do
circuito. A corrente neste instante é a máxima do circuito, ou seja, Imáx = E / R. A partir daí, o
capacitor inicia um processo de carga com aumento gradativo da tensão entre seus terminais
(VC) e, conseqüentemente, teremos uma diminuição da corrente, obedecendo a uma função
exponencial, até atingir o valor zero, quando este estiver totalmente carregado.
A equação exponencial para estimar e levantar a curva característica do capacitor, ou seja, a
tensão em seus terminais em função do tempo é:
VC = E(1 - e-t/ )
Comportamento da Descarga do Capacitor
Na descarga do capacitor temos o processo inverso a carga onde no instante t=0 VC = E.
Onde após um intervalo de tempo, ou seja, quando a corrente for totalmente consumida por
algum componente ou enviada para terra. A equação exponencial para estimar e levantar a
curva característica do capacitor, ou seja, a tensão em seus terminais em função do tempo é:
VC = E x e-t/
Leitura de capacitores
Os capacitores de poliéster ou cerâmicos não possuem descritos em seu corpo, por serem
muito pequeno os valores de sua capacitância descrita como a de um capacitor eletrolítico,
estes capacitores possuem códigos que determinam os valores de suas respectivas
capacitâncias.
Ex.
104, 330K, 223 etc.
O grande problema encontrado nestes capacitores é que poucos eletrônicos conhecem com
fazer a leitura do mesmo por não compreender os valores descritos nestes componentes e
então não conseguindo efetuar a leitura da capacitância que é muito simples, vejamos a
seguir:
Capacitor Cerâmico
A ordem de grandeza dos capacitores cerâmicos é dada em picofarads (pF).
Nº de Zeros
Algarismos
Significativos
10
104
Algarismos
Significativo
s
Número
de Zeros
0000
Capacitância
100000pF ou 100nF
Capacitor Poliéster
Capacitores de poliéster podem ter como ordem de grandeza de nF à F onde normalmente
os valores já estão descritos em nF, quando a capacitância é em F é descrito no corpo do
componente
Exemplo:
No modelo ao lado indica que a capacitância é de:
330K/250
330nF +/-10% com tensão de isolação de 250V
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O K encontrado no valor do componente indica a tolerância da capacitância. Esta possui seus
valores tabelados da seguinte forma:
C
+/-0,25pF
Código Literal para Tolerância de Capacitores
D
F
G
J
K
+/-0,5pF +/-1%/+/-1pF
+/- 2%
+/- 5%
+/- 10%
M
+/- 20%
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS A SEREM UTILIZADOS
Qtde.
1
1
1
1
1
1
1
1
Descrição
Fonte de Alimentação
Multímetro
Cronômetro
Resistor
Resistor
Capacitor
Relé Eletromecânico
LED
Especificação
FCC 3005 D
Analógico/Digital
Aluno
330
22K
220 F / 25V
Reversível 12V
Qualquer Cor
CIRCUITOS PROCEDIMENTOS, MEDIDAS E ANÁLISES.
CPMA1 Identificar a bobina do rele sendo o único
dos contatos que apresenta uma resistência ôhmica.
E desenha-los ao lado de acordo com o modelo do
rele usado em sua bancada:
CPMA2 Identificar os contatos NA (Normal Aberto)
e o NF (Normal Fechado) medindo os contatos do
relé e encontrando o terminal que fecha curto com o
comum do componente este será o NF logo o que
restou será NA. Desenha-los no quadro ao lado de
acordo com o modelo do seu relé
Modelo A
Modelo B
CPMA3 - Quando a bobina do Relé é energizada o contato fechado do relé se ___________
e o contato aberto do relé se __________. Completar a frase com a alternativa correta:
Abrem / Fecham
Fecham / Abrem
CPMA4
Montar o circuito ao lado e
mantenha a fonte de alimentação
desligada
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CPMA5
Ligar a fonte e acionar o cronômetro simultaneamente. Determinar e anotar o
instante em que cada tensão for atingida na tabela abaixo:
VC (V) 0
t (s)
CPMA6
3
6
9
12
Zerar o cronômetro e mantenha o circuito conectado a fonte de alimentação
CPMA7 Acionar o cronômetro e desligar a fonte simultaneamente. Determinar o instante
que cada tensão foi atingida na tabela abaixo:
VC (V) 12
t (s)
9
6
3
0
CPMA8 Responda as afirmações abaixo com (V) para Verdadeiro e (F) Falso.
a)
Capacitor componente que armazena energia
b)
Capacitor Eletrolítico pode ser usado diretamente na rede elétrica
c)
O resistor em série com o capacitor retarda a carga do capacitor
d)
Quanto maior a resistência de descarga menor o tempo de descarga do capacitor
CPMA9
Montar o circuito abaixo e observe seu funcionamento
K1
LED1
C1
R1
220uF
LED_red
RELAY1C
330ohm
V1
25V
CPMA10 - Descreva o funcionamento do circuito enfatizando o capacitor e o relé
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